2024高考物理一轮复习32验证机械能守恒定律课时同步检测含解析.docVIP

验证机械能守恒定律

1．在“验证机械能守恒定律”的试验中，一试验小组让小球自倾角为30°的斜面上滑下，用频闪相机记录了小球沿斜面下滑的过程，如图所示，测得B、C、D、E到A的距离分别为x1、x2、x3、x4，已知相机的频闪频率为f，重力加速度为g＝9.8m/s2。

(1)小球经过位置D时的速度vD＝________。

(2)选取A为位移起点，依据试验数据作出v2-x图线，若图线斜率k＝________，则小球下滑过程机械能守恒。

(3)若变更斜面倾角进行试验，请写出斜面倾角大小对试验误差的影响：________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

解析：(1)依据某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度可以求出D点的速度为：

vD＝eq\f(xCE,2T)＝eq\f(x4－x2,2)f。

(2)若减小的重力势能等于增加的动能时，可以认为机械能守恒。

则有：mgH＝eq\f(1,2)mv2，即：gxsin30°＝eq\f(1,2)v2

解得：v2＝gx；

依据试验数据作出v2-x图线，若图线斜率k＝g＝9.8m/s2，则小球下滑过程机械能守恒。

(3)当斜面倾角越大，压力越小，则摩擦阻力越小，因此阻力做功越少，则误差越小。

答案：(1)eq\f(?x4－x2?f,2)(2)9.8(3)斜面倾角越大，误差越小

2.用如图甲所示的试验装置验证m1、m2组成的系统机械能守恒。m2从高处由静止起先下落，m1上拖着的纸带通过打点计时器，打出一系列的点，对纸带上的点迹进行测量，即可验证机械能守恒定律。如图乙所示是试验中获得的一条纸带；0是打下的第一个点，每相邻两计数点间还有4个点(图中未标出)，计数点间的距离已标注，打点计时器所接电源频率为50Hz。已知m1＝50g、m2＝150g，则(计算结果均保留两位有效数字)

(1)在纸带上打下计数点5时的速度v5＝________m/s。

(2)在打下第“0”点到打下第“5”点的过程中系统动能的增量ΔEk＝________J，系统势能的减

少量ΔEp＝________J。(取当地的重力加速度g＝10m/s2)

(3)若某同学作出eq\f(1,2)v2h图像如图丙所示，则当地的重力加速度g＝________m/s2。

解析：(1)在纸带上打下计数点5时的速度

v5＝eq\f(x46,10T)＝eq\f(?21.60＋26.40?×10－2,0.2)m/s＝2.4m/s。

(2)在打下第“0”点到打下第“5”点的过程中系统动能的增量ΔEk＝eq\f(1,2)(m1＋m2)v52＝eq\f(1,2)×0.2×2.42J≈0.58J，系统势能的削减量ΔEp＝(m2－m1)gh5＝0.1×10×(38.40＋21.60)×10－2J＝0.60J。

(3)由能量关系可知eq\f(1,2)(m1＋m2)v2＝(m2－m1)gh，

即eq\f(1,2)v2＝eq\f(?m2－m1?g,m1＋m2)h，由题图丙可知eq\f(?m2－m1?g,m1＋m2)＝eq\f(5.82,1.20)，

解得g＝9.7m/s2。

答案：(1)2.4(2)0.580.60(3)9.7

3．小明同学利用如图甲所示的试验装置验证机械能守恒定律，其中红外线放射器、接收器可记录小球的挡光时间。小明同学进行了如下操作：

(1)用螺旋测微器测小球的直径如图乙所示，则小球的直径为________mm。

(2)该小球质量为m、直径为d。现使小球从红外线的正上方的高度h处自由下落，记录小球挡光时间t，已知重力加速度为g，则小球下落过程中动能增加量的表达式为____________；重力势能削减量的表达式为________(用所给字母表示)。

(3)变更小球下落高度h，多次重复试验，发觉小球动能的增加量总是小于重力势能的削减量，你认为可能的缘由是______________________________(至少写出一条)。

解析：(1)螺旋测微器的固定刻度为18.0mm，可动刻度为30.5×0.01mm＝0.305mm，

所以最终读数为18.0mm＋0.305mm＝18.305mm。

(2)已知经过光电门时的时间和小球的直径；则可以由平均速度表示经过光电门时的速度，所以v＝eq\f(d,t)，

则小球下落过程中动能增加量的表达式为

ΔEk＝eq\f(1,2)meq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,